WO2019110385A1 - Läuferscheibe zum führen von halbleiterscheiben und verfahren zur beidseitigen politur von halbleiterscheiben - Google Patents

Läuferscheibe zum führen von halbleiterscheiben und verfahren zur beidseitigen politur von halbleiterscheiben Download PDF

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WO2019110385A1
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semiconductor wafers
less
layer
polishing
rotor disk
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Torsten Olbrich
Martha Fechner
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Siltronic Ag
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/08—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for double side lapping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Definitions

  • Rotor disc for guiding semiconductor wafers and method for
  • the invention relates to a coated rotor for guiding semiconductor wafers during a two-sided material-removing processing of the semiconductor wafers and a method for double-sided polishing of
  • a carrier made of titanium, optionally with a layer of titanium nitride or a layer of
  • diamond-like carbon is better suited for use in double-sided polishing (DSP) of semiconductor wafers, as for example a rotor disc made of stainless steel.
  • DE 102 47 200 A1 proposes coating a rotor disk with a DLC layer which contains 1% by weight to 50% by weight of one or more metals of groups IV B to VI B of the Periodic Table.
  • JP2010 030 013 A2 it is recommended in JP2010 030 013 A2 to roughen a runner disk with abrasive material before use and coat it with a DLC layer containing fine particles of a metal oxide.
  • the presence of the metal oxide makes the surface of the rotor disc more hydrophilic and improves its wettability with aqueous slurry slurry.
  • the wetting angle of a water drop is 25 ° - 30 °.
  • a disadvantage of this solution is, in particular, that due to wear of the DLC layer, the fine particles of the metal oxide are released during the polishing of semiconductor wafers and cause scratches on the polished surfaces.
  • Uncoated rotor disks made of steel have a comparatively high surface energy with predominantly polar content, and a drop of water wets them with a contact angle of less than 10 °.
  • the resulting task of the invention is achieved by a
  • a rotor disk for guiding semiconductor wafers during a two-sided material-removing processing of the semiconductor wafers wherein the rotor disk is coated with a layer of diamond-like carbon, and the layer of hydrogen in a proportion of not less than 10 atomic% and not more than 30 atomic% and at least contains another foreign element, wherein the further foreign element is oxygen, nitrogen, chromium or titanium, and a surface of the layer has a roughness Ra of not less than 5 nm and not more than 40 nm and has a degree of hydrophilicity that the wetting angle of a
  • Drop of water is less than 25 °.
  • the object is achieved by a method for double-sided polishing of semiconductor wafers, wherein the semiconductor wafers are moved in the presence of an aqueous polishing agent suspension by one or more carriers between two polishing cloths on a web, wherein the rotor disc is coated with a layer of diamond-like carbon , and the shift
  • Drop of water is less than 25 °.
  • the presence of hydrogen in the diamond-like carbon (DLC) layer improves its wear resistance.
  • the proportion of hydrogen is not less than 10 at% and not more than 30 at%.
  • the life of the carrier can be improved by making the average roughness R a of the surface of the DLC layer not less than 5 nm and not more than 40 nm, preferably not more than 30 nm.
  • a roughness in the specified range can be achieved by polishing the surface of the rotor disk before coating the rotor disk with the DLC layer.
  • the roughness of the DLC layer is approximately in the same range as that of the uncoated rotor
  • the comparatively low average roughness R a improves the service life of the rotor, because not only is this accompanied by a lower sliding frictional force, but also less friction is generated, on the basis of which Thickness of
  • the uncoated carrier disc is preferably made of metal, for example titanium, preferably of steel and particularly preferably of chromium steel.
  • the DLC layer covers an upper side and a lower side of the carrier disk.
  • the thickness of the one-side DLC layer is preferably not less than 0.1 ⁇ m and not more than 20 ⁇ m.
  • a contact angle of a water drop in the specified range of less than 25 °, preferably not more than 20 °, and more preferably not more than 10 °, can be adjusted by the selection and the proportion of foreign elements intentionally in the DLC layer are therefore present homogeneously distributed because of doping of the foreign elements in the DLC layer.
  • these are oxygen, nitrogen, chromium or titanium or a combination of two or more of these foreign elements.
  • Particularly preferred is the presence of a proportion of nitrogen, which is preferably not less than 1 atomic% and not more than 10 atomic%.
  • the proportion of oxygen is preferably not less than 5
  • Atomic% and not more than 20 atomic% are preferably not less than 1 atomic% and not more than 20 atomic%, and the proportion of titanium is preferably not less than 0.5 atomic% and not more than 2.5 atomic%. In the case of one of the mentioned combinations of foreign elements, the proportion of the respective combination is preferably not more than 20 atomic%.
  • the described DLC layer containing hydrogen and at least one foreign element has surface properties important for good wettability by aqueous slurry.
  • the surface energy is at least 70 mN / m, and the polar fraction at least 50%.
  • a carrier according to the invention is preferably used for double-sided polishing of semiconductor wafers made of silicon, in particular semiconductor wafers made of silicon, whose diameter is at least 200 mm, preferably 300 mm or more.
  • the improved wettability allows the formation of a completely closed polishing agent film when polishing semiconductor wafers and thus the permanent supply of fresh polishing agent to the surfaces to be polished.
  • Wettability is also shown by the fact that a water film does not rupture when the rotor disc is lifted out of a water-filled tank.
  • ZDD-FS refers to the ZDD of the front side of the semiconductor wafer, ie the side on which electronic components are intended to be accommodated.
  • the DLC layer is on the polished, uncoated rotor
  • a source is also provided that provides the at least one foreign element.
  • Deposition processes are preferably CVD (chemical vapor deposition), PVD (physical vapor deposition) or sputtering processes, in particular plasma-assisted CVD processes.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines Wassertropfens kleiner als 25° ist. Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, bei dem eine solche Läuferscheibe eingesetzt wird.

Description

Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben und Verfahren zur
beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben
Gegenstand der Erfindung ist eine beschichtete Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben sowie ein Verfahren zur beidseitigen Politur von
Halbleiterscheiben, bei dem eine solche Läuferscheibe eingesetzt wird. Stand der Technik / Probleme
Aus US 2008/0166952 A1 ist bekannt, dass eine Läuferscheibe (carrier) aus Titan, die gegebenenfalls mit einer Schicht aus Titannitrid oder einer Schicht aus
diamantähnlichem Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC) beschichtet ist, sich besser für die Verwendung beim doppelseitigen Polieren (DSP) von Halbleiterscheiben eignet, als beispielsweise eine Läuferscheibe aus Edelstahl.
In DE 102 47 200 A1 wird vorgeschlagen, eine Läuferscheibe mit einer DLC-Schicht zu beschichten, die 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer Metalle der Gruppen IV B bis VI B des Periodensystems enthält.
Um die Effizienz der Politur zu steigern, wird in JP2010 030 013 A2 empfohlen, eine Läuferscheibe vor deren Verwendung mit abrasivem Material aufzurauen und mit einer DLC-Schicht zu beschichten, die feine Teilchen eines Metalloxids enthält. Die Gegenwart des Metalloxids macht die Oberfläche der Läuferscheibe hydrophiler und verbessert deren Benetzbarkeit mit wässeriger Poliermittel-Suspension (slurry). Der Benetzungswinkel eines Wassertropfens beträgt 25° - 30°. Nachteilig an dieser Lösung ist insbesondere, dass in Folge von Verschleiß der DLC-Schicht die feinen Teilchen des Metalloxids beim Polieren von Halbleiterscheiben freigesetzt werden und Kratzer auf den polierten Oberflächen verursachen.
Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass diese im Stand der Technik erwähnten Läuferscheiben auf Grund ihrer Oberflächeneigenschaften Poliermittel-Suspensionen noch nicht zufriedenstellend verteilen und ursächlich sein können für eine Geräuschentwicklung bei DSP, die vergleichsweise groß ist. Wünschenswert wäre es, Benetzungseigenschaften zu haben, die an diejenigen von nicht beschichteten
Läuferscheiben aus Stahl heranreichen, und Läuferscheiben bereitzustellen, deren Standzeiten länger sind, als diejenigen von bekannten Läuferscheiben, die mit einer DLC-Schicht beschichtet sind. Un beschichtete Läuferscheiben aus Stahl haben eine vergleichsweise hohe Oberflächenenergie mit überwiegend polarem Anteil, und ein Wassertropfen benetzt sie mit einem Kontaktwinkel von weniger als 10°. Die sich daraus ableitende Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine
Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines
Wassertropfens kleiner als 25° ist.
Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in Gegenwart einer wässerigen Poliermittel-Suspension durch eine oder mehrere Läuferscheiben zwischen zwei Poliertüchern auf einer Bahn bewegt werden, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht
Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines
Wassertropfens kleiner als 25° ist. Die Gegenwart von Wasserstoff in der Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC-Schicht) verbessert deren Verschleißfestigkeit. Der Anteil an Wasserstoff beträgt nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-%. Darüber hinaus lässt sich die Standzeit der Läuferscheibe verbessern, indem die mittlere Rauheit Ra der Oberfläche der DLC-Schicht nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm, vorzugsweise nicht mehr als 30 nm beträgt. Eine Rauheit im angegebenen Bereich lässt sich durch Polieren der Oberfläche der Läuferscheibe vor dem Beschichten der Läuferscheibe mit der DLC-Schicht erreichen. Die Rauheit der DLC-Schicht liegt näherungsweise im selben Bereich wie diejenige der unbeschichteten Läuferscheibe Die vergleichsweise gering gewählte mittlere Rauheit Ra verbessert die Standzeit der Läuferscheibe, weil damit nicht nur eine geringere Gleitreibungskraft einhergeht, sondern auch weniger Reibung erzeugt wird, auf Grund derer die Dicke der
Läuferscheibe wegen Abnutzung der DLC-Schicht abnimmt. Die unbeschichtete Läuferscheibe besteht vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Titan, vorzugsweise aus Stahl und besonders bevorzugt aus Chrom-Stahl. Die DLC- Schicht bedeckt eine obere Seite und eine untere Seite der Läuferscheibe. Die
Bedeckung ist vorzugsweise vollständig, eine teilweise Bedeckung ist aber nicht ausgeschlossen. Die Dicke der auf einer Seite liegenden DLC-Schicht beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,1 pm und nicht mehr als 20 pm.
Ein Benetzungswinkel (contact angle) eines Wassertropfens im angegebenen Bereich von kleiner als 25°, vorzugsweise nicht mehr als 20° und besonders bevorzugt nicht mehr als 10° lässt sich durch die Auswahl und den Anteil von Fremdelementen einstellen, die absichtlich in der DLC-Schicht enthalten sind, also wegen Dotierens der Fremdelemente in der DLC-Schicht homogen verteilt vorliegen. Erfindungsgemäß sind dies Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Fremdelemente. Besonders bevorzugt ist die Gegenwart eines Anteils an Stickstoff, der vorzugsweise nicht weniger als 1 Atom-% und nicht mehr als 10 Atom-% beträgt. Der Anteil an Sauerstoff beträgt vorzugsweise nicht weniger als 5
Atom-% und nicht mehr als 20 Atom-%. Der Anteil an Chrom beträgt vorzugsweise nicht weniger als 1 Atom-% und nicht mehr als 20 Atom-% und der Anteil an Titan beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,5 Atom-% und nicht mehr als 2,5 Atom-%. Im Fall einer der genannten Kombinationen an Fremdelementen beträgt der Anteil der jeweiligen Kombination vorzugsweise nicht mehr als 20 Atom-%.
Die beschriebene, Wasserstoff und mindestens ein Fremdelement enthaltende DLC- Schicht hat Oberflächeneigenschaften, die für eine gute Benetzbarkeit durch wässerige Slurry wichtig sind. Die Oberflächenenergie beträgt mindestens 70 mN/m, und der polare Anteil daran mindestens 50 %.
Eine erfindungsgemäße Läuferscheibe wird vorzugsweise zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben aus Silizium eingesetzt, besonders von Halbleiterscheiben aus Silizium, deren Durchmesser mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm oder mehr beträgt.
Die verbesserte Benetzbarkeit ermöglicht die Bildung eines vollständig geschlossenen Poliermittel-Films beim Polieren von Halbleiterscheiben und so die permanente Versorgung der zu polierenden Oberflächen mit frischem Poliermittel. Diese
Benetzbarkeit zeigt sich auch daran, dass ein Wasserfilm nicht aufreißt, wenn die Läuferscheibe aus einem mit Wasser gefüllten Becken gehoben wird. Der
geschlossene Poliermittel-Film wirkt geräuschdämpfend und mindert Pfeifgeräusche, so dass Aufwendungen für Schutzmaßnahmen dagegen gelockert werden können. Darüber hinaus gewährleistet diese Poliermittel-Versorgung einen anhaltend hohen Materialabtrag pro Zeiteinheit bei den Halbleiterscheiben, was der Produktivität nützt. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Auswirkung auf das Ergebnis der Politur hinsichtlich der Geometrie der polierten Halbleiterscheiben, insbesondere im Hinblick auf deren Randgeometrie. Dadurch lassen sich auch herausfordernde
Kundenanforderungen erfüllen. Die nachstehende Tabelle zeigt üblicherweise spezifizierte Geometrieparameter und in Spalte A Werte, die bei Verwendung von Läuferscheiben, deren DLC-Schicht keine absichtlich hinzugefügten Fremdelemente enthält, durch doppelseitiges Polieren von Halbleiterscheiben aus Silizium mit einem Durchmesser von 300 mm typischerweise erreicht werden. Zum Vergleich sind in Spalte B Werte angegeben, die typischerweise nicht überschritten werden, wenn stattdessen erfindungsgemäße Läuferscheiben eingesetzt werden. Tabelle
Figure imgf000006_0001
Die angegebenen Parameter sind entsprechenden SEMI-Normen definiert. Die Angaben zur Randgeometrie berücksichtigen einen Randausschluss von 2 mm (ZDD) beziehungsweise 1 mm (ESFQR). ZDD-FS bezeichnet den ZDD der Vorderseite der Halbleiterscheibe, also derjenigen Seite, auf der elektronische Bauelemente unterzubringen beabsichtigt ist. Die DLC-Schicht wird auf der polierten, unbeschichteten Läuferscheibe
abgeschieden, oder gegebenenfalls auf einer, auf der polierten unbeschichteten Läuferscheibe zuvor aufgebrachten, haftungsvermittelnden Zwischenschicht.
Zusammen mit der Kohlenstoffquelle und der Wasserstoffquelle, die zur Bildung der DLC-Schicht bereitgestellt werden, wird auch eine Quelle bereitgestellt, die das mindestens eine Fremdelement zur Verfügung stellt. Verfahren zum Abscheiden sind vorzugsweise CVD- (Chemical vapor deposition), PVD- (physical vapor deposition) oder Sputter-Verfahren, insbesondere plasmaunterstützte CVD-Verfahren.

Claims

Patentansprüche
1. Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines
Wassertropfens kleiner als 25° ist.
2. Läuferscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Benetzungswinkel des Wassertropfens nicht größer als 20° ist.
3. Läuferscheibe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenenergie der Schicht mindestens 70 mN/m beträgt und der polare Anteil daran nicht weniger als 50 % ist.
4. Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, wobei die
Halbleiterscheiben in Gegenwart einer wässerigen Poliermittel-Suspension durch eine oder mehrere Läuferscheiben zwischen zwei Poliertüchern auf einer Bahn bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferscheibe eine Läuferscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ist.
PCT/EP2018/082816 2017-12-05 2018-11-28 Läuferscheibe zum führen von halbleiterscheiben und verfahren zur beidseitigen politur von halbleiterscheiben WO2019110385A1 (de)

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